《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》(第3章)課件

1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第3章 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械部分3.1 末端執(zhí)行器目錄CONTENT3.2 腕部3.3 臂部3.4 機(jī)座與行走機(jī)構(gòu)3.5 驅(qū)動(dòng)器3.6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)掌握工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的類型及特點(diǎn)。熟悉工業(yè)機(jī)器人腕部、臂部、機(jī)座與行走機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)。熟悉工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器。了解工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。1234學(xué)習(xí)目標(biāo)3.1末端執(zhí)行器3.1.1 末端執(zhí)行器概述工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器即工業(yè)機(jī)器人的手部，它安裝在機(jī)器人的腕部上，用于直接抓握工件或執(zhí)行焊接、噴涂等作業(yè)，對(duì)整個(gè)機(jī)器人任務(wù)完成的質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用，是工業(yè)機(jī)器人最為重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （a）夾持式 （b）吸附式（c）專用工具（柔性焊槍）圖3-1 末

2、端執(zhí)行器的類型3.1.2 夾持式末端執(zhí)行器夾持式末端執(zhí)行器應(yīng)用較為廣泛，其主要由手指、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支架等組成，通過(guò)手指的開閉動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。夾持式末端執(zhí)行器根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)，又可分為回轉(zhuǎn)型和平移型兩種。圖3-2 夾持式末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)1回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器1）單作用斜楔式單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器如圖3-3所示。斜楔向下運(yùn)動(dòng)，克服彈簧拉力，使杠桿手指裝著滾子的一端向外撐開，從而夾緊工件；斜楔向上運(yùn)動(dòng)，則在彈簧拉力作用下使手指松開工件。一般手指與斜楔通過(guò)滾子接觸，可以減小摩擦力，提高機(jī)械效率。圖3-3 單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器2）雙支點(diǎn)連桿式雙支點(diǎn)連桿

3、式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器如圖3-4所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿推動(dòng)兩手指各繞支點(diǎn)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制手指松開或閉合。 圖3-4 雙支點(diǎn)連桿式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器 3）滑槽杠桿式滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器如圖3-5所示。驅(qū)動(dòng)桿上的圓柱銷嵌套在滑槽內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿同圓柱銷一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可撥動(dòng)兩個(gè)手指各繞其支點(diǎn)（鉸銷）做相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而控制手指的松開或閉合。圖3-5 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器2平移型末端執(zhí)行器1）直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)很多，如斜楔平移機(jī)構(gòu)、杠桿平移結(jié)構(gòu)、螺旋平移機(jī)構(gòu)等，如圖3-6所示。直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)既可以是雙指型的，也可以是三指型的，還可以是多指型的；可以是自動(dòng)

4、定心，也可以是非自動(dòng)定心。 （a）斜楔平移機(jī)構(gòu) （b）杠桿平移機(jī)構(gòu) （c）螺旋平移機(jī)構(gòu) 圖3-6 直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)2）平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-7所示為常用的齒條齒輪平移機(jī)構(gòu)。平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用平行四邊形的鉸鏈機(jī)構(gòu)（即雙曲柄鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)），以實(shí)現(xiàn)手指平移。平面平行移動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方法除齒條齒輪傳動(dòng)外，常用的方法還有蝸輪蝸桿傳動(dòng)和連桿斜滑槽傳動(dòng)等。圖3-7 齒條齒輪平移機(jī)構(gòu)3末端執(zhí)行器的手指手指是工業(yè)機(jī)器人直接與工件接觸的部件，它的結(jié)構(gòu)形式一般取決于工件的形狀和特性。常用的手指有V形指、平面指、尖指和特形指等，如圖3-8所示。（a）V形指（b）平面指（c）尖指 （d）特形指圖3-8 末端執(zhí)行

5、器手指3.1.3 吸附式末端執(zhí)行器根據(jù)吸附原理的不同，吸附式末端執(zhí)行器可分為氣吸式和磁吸式兩種。1氣吸式末端執(zhí)行器氣吸式末端執(zhí)行器是利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的，其按形成壓力差方法的不同，可分為真空氣吸、噴氣式負(fù)壓氣吸和擠壓排氣負(fù)壓氣吸三種類型，如圖3-10所示。 （a）真空氣吸 （b）噴氣式負(fù)壓氣吸 （c）擠壓排氣負(fù)壓氣吸圖3-10 氣吸式末端執(zhí)行器2磁吸式末端執(zhí)行器磁吸式末端執(zhí)行器主要由電磁式吸盤、防塵蓋、線圈、殼體等組成。由于磁吸式末端執(zhí)行器是利用電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料，因此只能對(duì)鐵磁物體起作用。（a）吸附滾動(dòng)軸承底座 （b）吸附鋼板 （c）吸附齒輪 （d）吸附多

6、孔鋼板圖3-11 幾種電磁式吸盤吸料示意圖如圖3-12（a）所示，當(dāng)線圈通電后，在鐵芯內(nèi)外產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線經(jīng)過(guò)鐵芯，空氣隙和銜鐵被磁化并形成回路。銜鐵受到電磁吸力的作用被牢牢吸住。實(shí)際使用時(shí)，一般采用如圖3-12（b）所示的盤式電磁鐵，其銜鐵是固定的，銜鐵內(nèi)用隔磁材料將磁力線切斷。當(dāng)銜鐵接觸鐵磁物零件時(shí)，零件即被磁化而形成磁力線回路，并受到電磁吸力而被吸住。 （a） （b） 圖3-12 磁吸式末端執(zhí)行器的工作原理 1線圈；2鐵芯；3銜鐵磁吸式末端執(zhí)行器吸附工件的原理3.1.4 專用工具工業(yè)機(jī)器人是一種通用性很強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備，可根據(jù)作業(yè)要求裝配各種專用的末端執(zhí)行器來(lái)執(zhí)行各種動(dòng)作。這些專用工具可通

7、過(guò)電磁吸盤式換接器快速地進(jìn)行更換，形成一整套系列滿足用戶的不同加工需求，如圖3-13所示。 圖3-13 專用工具和電磁吸盤式換接器1氣路接口；2定位銷；3電接頭；4電磁吸盤3.2腕 部3.2.1 腕部概述1腕部的運(yùn)動(dòng)形式臂轉(zhuǎn)：繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)。腕擺：末端執(zhí)行器相對(duì)于臂部進(jìn)行的擺動(dòng)。手轉(zhuǎn)：末端執(zhí)行器（手部）繞自身軸線方向的旋轉(zhuǎn)。圖3-14 腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式按轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)的不同，腕部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)又可細(xì)分為滾轉(zhuǎn)和彎轉(zhuǎn)兩種。2腕部的結(jié)合方式 （a）BBR型 （b）BRR型 （c）RBR型 （d）BRB型 （e）RBB型 （f）RRR型圖3-16 三自由度腕部的結(jié)合方式3.2.2 常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工

8、作原理1RRR型三自由度腕部RRR型腕部的中間關(guān)節(jié)是斜置的，三根轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)外套在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，最外面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套R(shí)1直接驅(qū)動(dòng)整個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，中間的軸套R(shí)2驅(qū)動(dòng)斜置的中間關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，中心軸R3驅(qū)動(dòng)第三個(gè)滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。圖3-17 RRR型三自由度腕部2二自由度腕部如圖3-18所示為某種二自由度腕部的設(shè)計(jì)原理圖，其設(shè)計(jì)思路是通過(guò)軸B轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕擺運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸S轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的手轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3-18 某種二自由度腕部設(shè)計(jì)原理圖1，2，3，4，5，6錐齒輪；7構(gòu)架；8末端執(zhí)行器；9夾持器3齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度腕部圖3-19 齒輪鏈輪傳動(dòng)三自由度腕部原理圖1油缸；2鏈輪；3，4，12，13，14，15，16，17，

9、18，20錐齒輪；5，6花鍵軸；7傳動(dòng)軸S；8腕架；9行星架；10，11，22，24圓柱齒輪；19擺動(dòng)軸；21，23雙聯(lián)圓柱齒輪；25傳動(dòng)軸B4柔順腕部柔順性裝配技術(shù)有兩種，一種是從檢測(cè)、控制的角度，采取各種不同的傳感方法，實(shí)現(xiàn)邊校正邊裝配，稱為主動(dòng)柔順裝配；另一種是從結(jié)構(gòu)的角度在腕部配置一個(gè)柔順環(huán)節(jié)，以滿足柔順裝配的需要，這種柔順裝配技術(shù)稱為被動(dòng)柔順裝配。圖3-20 移動(dòng)擺動(dòng)柔順腕部圖3-21 柔順腕部動(dòng)作過(guò)程 板彈簧柔順腕部圖3-22 板彈簧柔順腕部3.3臂 部3.3.1 臂部概述垂直移動(dòng)：是指機(jī)器人臂部的上下運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)通常采用液壓缸機(jī)構(gòu)或通過(guò)調(diào)整機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置來(lái)實(shí)現(xiàn)

10、。徑向移動(dòng)：是指臂部的伸縮運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人臂部的伸縮使其臂部的工作范圍發(fā)生變化?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：是指機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)決定了機(jī)器人的臂部所能達(dá)到的角度位置。3.3.2 臂部的配置形式1橫梁式配置橫梁式工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座被設(shè)計(jì)成橫梁，用于懸掛臂部機(jī)構(gòu)，一般分為單臂懸掛式和雙臂懸掛式兩種，如圖3-23所示。 （a）單臂懸掛式 （b）雙臂懸掛式圖3-23 橫梁式配置2立柱式配置立柱式工業(yè)機(jī)器人較為常見，可分為單臂式和雙臂式兩種，如圖3-24所示。 （a）單臂配置 （b）雙臂配置圖3-24 立柱式配置3機(jī)座式配置機(jī)座式工業(yè)機(jī)器人一般為獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動(dòng)，也可以沿地面上的專用

11、軌道移動(dòng)，擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，如圖3-25所示。（a）單臂回轉(zhuǎn)式 （b）雙臂回轉(zhuǎn)式 （c）多臂回轉(zhuǎn)式圖3-25 機(jī)座式配置4屈伸式配置屈伸式工業(yè)機(jī)器人的臂部由大臂、小臂組成，大臂、小臂間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱為屈伸臂。屈伸臂與機(jī)座一起，結(jié)合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，既可以實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，又可以實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)，如圖3-26所示。（a）平面屈伸式 （b）立體屈伸式圖3-26 屈伸式配置1立柱；2大臂；3小臂；4腕部；5末端執(zhí)行器3.3.3 臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)要求有以下幾點(diǎn)：（1）臂部的結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足工業(yè)機(jī)器人作業(yè)空間的要求。（2）合理選擇臂部截面形狀，選用高強(qiáng)度輕質(zhì)制造材料。工字形截面的彎曲剛度

12、一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實(shí)心軸大得多，所以常用鋼管制作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼制作支承板。（3）盡量減小臂部重量和整個(gè)臂部相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以減小運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷與沖擊。（4）合理設(shè)計(jì)臂部與腕部、機(jī)身的連接部位。臂部安裝形式和位置不僅關(guān)系到機(jī)器人的強(qiáng)度、剛度和承載能力，而且還直接影響機(jī)器人的外觀。3.4機(jī)座與行走機(jī)構(gòu)3.4.1 移動(dòng)式機(jī)座與行走機(jī)構(gòu)概述移動(dòng)式機(jī)座安裝在行走機(jī)構(gòu)上，通常由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器電纜及管路等組成。移動(dòng)式機(jī)座一方面支承工業(yè)機(jī)器人的臂部、腕部和末端執(zhí)行器，另一方面還根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人在更廣的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)

13、器人的行走機(jī)構(gòu)按其運(yùn)動(dòng)軌跡的不同，可分為固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)和無(wú)固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)。1固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)固定軌跡式工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座安裝在一個(gè)可移動(dòng)的拖板座上，整個(gè)機(jī)器人可以靠絲杠螺母的驅(qū)動(dòng)沿絲杠縱向移動(dòng)。除此之外，此類機(jī)器人也采用類似起重機(jī)梁的移動(dòng)方式行走。2無(wú)固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)一般來(lái)講，無(wú)固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)主要有履帶式行走機(jī)構(gòu)、輪式行走機(jī)構(gòu)和足式行走機(jī)構(gòu)等。此外，還有適合于各種特殊場(chǎng)合的步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等。3.4.2 履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)主要由支重輪、拖鏈輪、導(dǎo)向輪（引導(dǎo)輪）、驅(qū)動(dòng)輪、履帶、行走架、張緊裝置、行走液壓馬達(dá)和減速機(jī)等組成。圖3

14、-27 履帶式行走機(jī)構(gòu)1導(dǎo)向輪；2張緊裝置；3行走架；4支重輪；5履帶；6拖鏈輪；7驅(qū)動(dòng)輪；8行走液壓馬達(dá)和減速機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）支承面積大，接地比壓小，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，適合在松軟或泥濘場(chǎng)地作業(yè)。（2）越野機(jī)動(dòng)性好，可以在凹凸不平的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不大的臺(tái)階，爬坡、越溝等性能優(yōu)越。（3）履帶支承面上有履齒，因此不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。履帶式行走機(jī)構(gòu)具有以下不足：沒有自定位輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，履帶式行走機(jī)構(gòu)只能靠左右兩個(gè)履帶的速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，所以轉(zhuǎn)向和前進(jìn)方向都會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，且轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑。履帶式行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

15、復(fù)雜、重量大、運(yùn)動(dòng)慣性大、減振功能差，致使零件容易損壞。3.4.3 輪式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用十分普遍，其主要應(yīng)用在平坦的地面上，如圖3-30所示。車輪的結(jié)構(gòu)、材料取決于地面的性質(zhì)和車輛的承載能力。圖3-30 輪式行走機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用1三輪行走機(jī)構(gòu)三輪行走機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性較好，代表性的車輪配置方式是一個(gè)前輪、兩個(gè)后輪，如圖3-31所示。其中，圖3-31（a）所示為兩個(gè)后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，前輪僅起支承作用，通過(guò)后輪速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；圖3-31（b）所示為前輪驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)前輪轉(zhuǎn)向；圖3-31（c）所示為兩后輪驅(qū)動(dòng)并配有差動(dòng)器，通過(guò)前輪轉(zhuǎn)向。圖3-31 三輪行走機(jī)構(gòu) （a） （b） （c）

16、2四輪行走機(jī)構(gòu)四輪行走機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用最為廣泛，其可采用不同的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，如圖3-32所示。其中，圖3-32（a）所示為后輪分散驅(qū)動(dòng)；圖3-32（b）所示為四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更靈活的轉(zhuǎn)向和較大的回轉(zhuǎn)半徑。圖3-32 四輪行走機(jī)構(gòu) （a） （b）3.4.4 足式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)可以行走在凹凸不平的地面上，但其適應(yīng)性較差，行走時(shí)晃動(dòng)太大，在軟地面上行駛速度較慢。（a）單足行走機(jī)構(gòu) （b）雙足行走機(jī)構(gòu) （c）三足行走機(jī)構(gòu) （d）四足行走機(jī)構(gòu) （e）六足行走機(jī)構(gòu)圖3-33 足式行走機(jī)構(gòu)3.5 驅(qū) 動(dòng) 器3.5.1 驅(qū)動(dòng)器概述工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器按照動(dòng)力源的不同，可分為電

17、動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-37所示。根據(jù)需要，工業(yè)機(jī)器人可采用三種基本驅(qū)動(dòng)類型中的單獨(dú)一種或幾種組合而成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖3-37 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)框圖3.5.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)又稱為電氣驅(qū)動(dòng)，它是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得所要求的位置、速度和加速度的驅(qū)動(dòng)方法。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制精度高，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，適用于中小負(fù)載。（a）交流伺服電動(dòng)機(jī) （b）直流伺服電動(dòng)機(jī) （c）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)圖3-38 伺服電動(dòng)機(jī)1）交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱AC伺服電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要由

18、定子和轉(zhuǎn)子兩大基本部分組成，如圖3-39所示。定子主要由機(jī)座（外殼）、定子鐵芯和定子繞組等組成；轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等組成。圖3-39 交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2）交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理可通過(guò)下面這個(gè)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬。如圖3-40所示，磁極與轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)外面的磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子隨著磁極同方向一起轉(zhuǎn)動(dòng)。磁極轉(zhuǎn)動(dòng)得快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得也快。磁極反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也反轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，交流伺服電動(dòng)機(jī)工作的關(guān)鍵是有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖3-40 交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理的模擬實(shí)驗(yàn)3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成過(guò)程在交流伺服電動(dòng)機(jī)中，由于各相繞組中的電流是交變的，所以，各電流的磁場(chǎng)也是交變的，而三相

19、電流的合磁場(chǎng)則是一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖3-41 三相對(duì)稱電流電流變化一周，合磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)360。4）交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)可通過(guò)大電流，無(wú)電刷，運(yùn)行安全可靠，適用于頻繁的啟動(dòng)、停止工作，而且過(guò)載能力、力矩慣量比、定位精度等優(yōu)于直流伺服電動(dòng)機(jī)。但是，交流伺服電動(dòng)機(jī)控制比較復(fù)雜，所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)比較昂貴。2直流伺服電動(dòng)機(jī)1）直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電動(dòng)機(jī)又稱DC伺服電動(dòng)機(jī)，是最普通的電動(dòng)機(jī)，其速度控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單。直流伺服電動(dòng)機(jī)（見圖3-43）也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)，在這兩部分之間的間隙稱為空氣隙。 圖3-43 直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖3-44 電刷

20、的結(jié)構(gòu) 2）直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖3-45所示為直流伺服電動(dòng)機(jī)的模型，將電刷A端、B端接到直流電源上，電刷A端接正極，電刷B端接負(fù)極。此時(shí)，電樞線圈中有電流沿著abcda的方向流動(dòng)。線圈ab邊和cd邊在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，N極下的導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極上的導(dǎo)體cd受力方向從左向右。電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖3-45 直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理圖3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)最大的問(wèn)題是無(wú)法精確控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)，也就是位置控制，因此必須加上一個(gè)編碼盤進(jìn)行反饋，以獲得實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，雖然輸出力矩大，但控

21、制性能差，饋性大，一般適用于中型或重型機(jī)器人。3步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的一種特殊電機(jī)，其每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。輸入的脈沖數(shù)決定轉(zhuǎn)角值，脈沖頻率決定轉(zhuǎn)子的速度。1）三相反應(yīng)式步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子為一段鐵芯。由于各相繞組沿圓周方向均勻排列，所以又稱徑向分相式。它是步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，如圖3-46所示為電動(dòng)機(jī)的徑向截面圖。圖3-46 三相反應(yīng)式步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2）三相反應(yīng)式步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理圖3-47 三相反應(yīng)式步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理圖3）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)伺服電

22、動(dòng)機(jī)的控制電路較為簡(jiǎn)單，且不需要轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)電路，因此所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格比較低廉。但是步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的功率較小，不適用于大負(fù)荷的工業(yè)機(jī)器人使用。3.5.3 液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體（一般為礦物油）的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件再將液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人中常用的液壓執(zhí)行元件有液壓馬達(dá)和液壓缸。1液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)又稱旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)如圖3-48所示。1，20齒輪；2防塵罩；3，30電位器；4防塵器；5，11密封圈

23、；6，10端蓋；7，13輸出軸；8，25殼體；9，22鋼盤；12防塵圈；14，17滾針軸承；15，19泄油孔；16，18O形密封圈；21，29解算器；23，26轉(zhuǎn)子；24轉(zhuǎn)動(dòng)葉片；27固定葉片；28進(jìn)出油孔圖3-48 液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)2液壓缸液壓缸是將液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。在用液壓缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用比較廣泛。圖3-49 直線液壓缸3液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)不論液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用哪種液壓執(zhí)行元件，它都具有控制精度高、可無(wú)級(jí)調(diào)速、反應(yīng)靈敏、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制等優(yōu)點(diǎn)，并且因其操作

24、力大、功率體積比大，比較適合于大負(fù)載低速驅(qū)動(dòng)。但液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要較高的密封性，不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，其價(jià)格較貴，維護(hù)相對(duì)復(fù)雜，這些缺點(diǎn)限制了液壓驅(qū)動(dòng)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用。3.5.4 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相同，靠壓縮空氣來(lái)推動(dòng)氣缸或氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)，其原理框圖如圖3-50所示。圖3-50 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作原理框圖圖3-51 氣動(dòng)手爪外形氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于氣體壓縮性大、精度低、阻尼效果差、低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)伺服控制，能效比較低。但氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于輕負(fù)載快速驅(qū)動(dòng)和精度要求較低的有限點(diǎn)位控制的工業(yè)機(jī)器人。3.6傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3.6.1 諧波減速

25、器諧波減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一種新型減速器，其運(yùn)動(dòng)本質(zhì)是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種行星齒輪傳動(dòng)。1諧波減速器的結(jié)構(gòu)如圖3-52所示，諧波減速器由具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器組成。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。圖3-52 諧波減速器的結(jié)構(gòu)1）剛輪剛輪是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪，雙波諧波傳動(dòng)的剛輪通常比柔輪多兩齒。諧波齒輪減速器多以剛輪固定，外部與箱體連接。2）柔輪柔輪有薄壁杯式、薄壁圓筒式和平嵌式等多種形式。其中，薄壁圓筒式柔輪的開口端外面有齒圈，它隨波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)而變形，筒底部分與輸出軸連接。3）波發(fā)生器波發(fā)生器與輸入軸相連，對(duì)柔輪齒圈的變形起產(chǎn)生和控制的作用。它由一個(gè)橢圓形凸輪和一個(gè)薄壁的柔性軸承組成。柔性軸承不同于普通軸承，它的外環(huán)很薄，容易產(chǎn)生徑向變形